螺杆钻具结构及使用

螺杆钻具结构及使用工程院2023/1/11螺杆钻具螺杆钻具结构与工作原理螺杆钻具选择及使用注意事项螺杆钻具产品简介螺杆钻具+PDC钻头直井钻进2023/1/11

一、螺杆钻具的结构

与工作原理（1）提高钻速，缩短周期，降低成本。（2）减少钻杆磨损和动力传递损耗。（3）准确造斜、定向、纠偏，提高工程质量。（4）用于水平井、丛式井，提高钻井的经济效益。（5）复合直井钻进，减少起下钻次数。（6）缩短钻井周期，抑制对油气层的污染。使用螺杆钻具的优点：1、螺杆钻具的工作原理及组成：

莫锘原理的容积式井下动力钻具。将泥浆液体压力能转化成机械能。1、高压泥浆流经旁通阀进入马达，2、驱动转子绕定子轴线旋转，3、马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。(1)旁通阀总成：作用：旁通阀的闭合与开启控制马达的启动与停止。旁通阀总成装配(2)马达总成：作用:转子在压力泥浆的驱动下，绕定子轴线旋转，完成液体压力能向机械能的转化，为钻头提供动力。马达总成装配(3)万向轴总成：作用:将转子的偏心运动转化成传动轴的定轴运动。万向轴总成装配(4)传动轴总成：

作用：将马达产生的扭矩与转速传递给钻头。径向轴承径向轴承离井底推力轴承坐井底推力轴承传动轴总成装配螺杆钻具整机(1)、常规螺杆钻具(2)、中空防掉、可调螺杆钻具(3)、中空防掉、可调、可换扶正器螺杆钻具2023/1/11

二、螺杆钻具的选择及

使用中应注意的问题(一)、螺杆钻具型号的选择1、常规井眼选择范围(表示最佳选择)2、选择的原则(1)、安全性的原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，以钻具刚性强度最大为优选条件，即做到大马拉小车的原则，以确保安全性。如121/4″井眼中，可供选择的钻具有LZ197、LZ203、LZ210、LZ244、其中LZ197为最差选择。(2)、输出扭矩最大的原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，钻具的输出扭矩越大为优选条件，以确保提供足够的滑动钻进的扭矩。如81/2″井眼中，同为5LZ165钻具应选择多级大扭矩钻具。(3)、排量合适的原则：螺杆钻具为容积式马达，其输出转速与排量成正比，在同一排量下，应选择排量合适的钻具，以确保所要求的转速，将马达发挥至最佳状态。

如121/4″井眼中，排量为42L/S时，钻具相应的转速情况以及钻具所处的状态：(4)、考虑适合钻井施工工艺的原则：1〕以追求最大造效率为目的，以小钻具为优选。如51/2″套管中为追求最大造斜率，以确保钻具顺利下入套管中，以小尺寸为优选条件。2〕以入井安全性和井中环空以及适应合适打捞工具的原则。(5)、提高钻具使用寿命的原则：即钻具在使用过程中，应始终处于本身的最佳使用状态的工程中，而不能超负荷运转，比如在钻头需要180rpm的情况下，下列在同一外径规格、不同马达头数的钻具的寿命情况：对系统压力有直接影响◆泥浆比重和粘度

(二)、对泥浆的要求：

对常规螺杆性能影响不大对中空螺杆性能有直接影响推荐泥浆最大塑性粘度不超过50厘泊◆泥浆中有芳香烃◆泥浆中含砂量对定子橡胶产生气蚀影响螺杆的使用寿命推荐含烃低于2％苯胺点高于75℃推荐含砂小于1％◆钻头的水眼

(三)、合理配用钻头及水眼：◆配用的钻头PDC钻头与7Y型螺杆钻具完全匹配，尤其是在周期较长的直井钻进中牙轮钻头也可使用，此时牙轮钻头齿部硬度可比用一般传统转盘钻选硬一个等级过大：螺杆承受钻压的能力下降轴承得不到良好的润滑与冷却过小：达到额定泵压时，排量可能过小，马达不易发挥出最大效能。达到额定排量时，系统压力增高，影响轴承寿命注意：在井口测试螺杆时,如果没有接钻头,测试时间以不超过一分钟为宜,以免轴承得不到良好润滑而提前损坏。。(四)、均匀混合堵漏材料（LCM）：

当发生井下事故必须使用堵漏材料时，应尽量混合均匀以避免产生如下不良影响：l

旁通阀阀孔被堵塞，降低旁通阀总成工作可靠性。l

减少流经TC轴承的液体流量，使轴承得不到良好的润滑和冷却。l

混合不好或颗粒太大导致TC轴承被完全堵塞。注意：对于包装材料如编织袋、塑料严禁进入泥浆池或井口，以避免堵塞旁通阀阀孔造成旁通阀失效或堵塞TC轴承。

(五)、确定井底温度：

温度过高对螺杆马达效能十分不利，使所有不利因素加剧作用。针对这种情况，中成螺杆钻具提供以下两种规格的定子：注意：高温马达用于常规井很难获得好的效果

(六)、控制泥浆排量和输出转速：

螺杆输出转速与输入泥浆流量成正比。每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。●当实际需要的泥浆流量超出推荐流量时，用户应单独提出，中成-螺杆钻具会提供适合给定流量范围的中空马达。●当使用中空马达时，可用过渡接头替代旁通阀总成，避免因旁通阀频繁关启时从阀孔高速喷出的钻井液对井壁造成伤害。

◆输入泥浆流量超过最大流量值：转子可能超速旋转，定子和转子会提前损坏。小于最小流量值：马达压力差达到最大值时，马达会进入失控状态。(七)、平衡水力推力与钻压：

螺杆钻具工作时轴向存在如下各力：

负载状态分析：

FΔPm

：马达两端压降产生的轴向液压推力

FΔPb

：钻头水眼压降所产生的轴向力

W：钻压

F：转子、万向轴、传动轴及钻头重量设向下作用力：C＝F＋FΔPm＋

FΔPb

则推力轴承负载：Lb＝C－W

C<W坐井底推力轴承受载

C>W离井底推力轴承受载

C=W轴承不受载（平衡点）

轴承不受载时传动轴总成寿命最长。

(八)、优选泵压和钻压：

每种规格的螺杆钻具都给出其所承受的马达负载压力降（马达负载压力降=工作打钻泵压-离井底泵压）与钻压的范围，在钻进过程中，应根据进尺来优选泵压和钻压，从而获得满意的机械钻速。同时，在定向钻进作业中，考虑到对方向的控制，钻压值较小。因此，实际钻井中，所选用的钻压往往不是给定的受载平衡点的钻压值。

(九)、下钻时注意：

●高温井或压力上升井段，要低速泵入泥浆灌满钻柱并间断进行循环以防止钻头喷嘴堵塞或防止高温造成定子的损坏。●当钻头下放至预定深度开始延伸钻进前，先上提钻杆或缓慢转动以防止损坏套管或划眼。(十)、导向钻进应注意：

●当采用导向钻进时，转盘（或顶驱）的转速不得超过75RPM。●当采用导向钻进时，转盘（或顶驱）产生的扭矩应小于马达输出的扭矩，以获得正的叠加效果。●当螺杆钻具弯壳体角度在1°30′以上时，严禁转盘（或顶驱）转动。(十一)、使用时还应该注意的几个问题：●避免顿钻或将螺杆直接座入井底。●施加钻压不要太猛。●严禁异物进入马达。●泥浆排量应控制在给定的范围内。●尽可能避免马达发生制动。三、螺杆钻具介绍

1、可调弯壳体螺杆钻具：分无级调整和有级调整两种结构可调弯壳体螺杆钻具的优势：壳体弯角可在钻井平台井口调整既可作直螺杆使用又可作弯螺杆使用可调弯壳体的调整1、用背钳卡住上壳体，并用外钳卡住调整滑套，施加扭矩松开联接，松扣最多一圈。2、使用两个链钳分别抱住调整滑与下壳体，逆时针转动下壳体至要求位置，使所需求角度的刻度线与调整滑套上的刻度线对正。3、用背钳卡住调整滑套，并用外钳卡住上壳体，小心的以相对转盘右转的方向转动上壳体至两台肩相碰，以附表所给的联接扭矩上紧。4、将背钳从滑套移至下壳体上，并施加100％的额定扭矩上紧，调整完毕。附表:螺杆钻具可调弯壳体紧扣扭矩2、多级大扭矩马达螺杆钻具：

目前已推广的多级大扭矩马达螺杆钻具适用于：深井硬地层井直井快速钻进可以为钻井提供良好的动力。

3、新型传动轴总成：串轴承传动轴总成是在总结原有各传动轴总成的基础上开发研制出来的，其主要优点是:●串轴承结构和精密加工及热处理工艺，大大提高了传动轴的强度和耐磨性。●独特的防掉锁紧装置，当此装置以上部分出现脱扣、断裂等事故时可以防止钻具掉井，提高了钻具使用的安全性。 专利号为：01260278.7

●反扣锁紧装置可以很好的调整轴承间隙，使得轴承磨损后重新调整轴承间隙非常方便，并具有防松的功能。反扣锁紧装置示意图该型串轴承传动轴总成既可以满足螺杆钻具+PDC钻头低钻压（以165、172为例3-6吨）的要求，又能满足螺杆钻具+牙轮钻头大钻压（以165、172为例10-15吨）的要求，而且结构简单，便于维修装卸。

4、油密封式传动轴总成特点：改善轴承工作环境，减少了各轴承的磨损，大大提高了传动轴总成寿命。为空气钻具的开发奠定了基础。专利号为：01268291.8。密封5、有的螺杆钻具在改进原花瓣式万向轴总成的同时，又研制出挠性轴、密封球铰接式万轴总成、密封销连接式万向轴总成，从而满足高转速、大扭矩、长寿命螺杆钻具的要求。

6、针对超短半径水平井市场的需要，新产品有5LZ95×7Y－J铰接式马达螺杆钻具，该型螺杆钻具的最大造斜率可达4°/m。铰接头7、各种不同规格大功率、长寿命、高转速的螺杆钻具，主要有：(1)、21